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DE102010041626A1 - Method for predicting aneurysm growth - Google Patents

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DE102010041626A1
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DE
Germany
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aneurysm
vessel
time
growth
vessel geometry
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DE102010041626A
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German (de)
Inventor
Dr. Pfister Marcus
Dr. Redel Thomas
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Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Priority to US13/246,111 priority patent/US20120078602A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage des Wachstums von Aneurysmen auf Basis von aus wenigstens zwei Angiographieaufnahmen abgeleiteten CFD-Simulationen mit folgenden Schritten: S1) Erste 3-D-Aufnahme (20) des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie (21) zu einem ersten Zeitpunkt (T1), S2) Erste CFD-Simulation (22) basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie (21), S3) Zweite 3-D-Aufnahme (23) des Aneurysmas und Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie (24) zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt (T2), S4) Registrierung (25) beider 3-D-Aufnahmen (20, 23), S5) Bestimmung (26) der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (Vg) aus den beiden 3-D-Aufnahmen (20, 23), S6) Korrelation (27) der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (Vg) zwischen den beiden Gefäßgeometrien (21, 24) mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern (29) aus der ersten CFD-Simulation (22) und Speicherung der Korrelationsergebnisse, S7) Zweite CFD-Simulation (28) basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie (24) und/oder auf der ersten CFD-Simulation (22), S8) Vorhersage (30) der Gefäßgeometrie (24) und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt (T3) aufgrund der Korrelationsparameter (29), den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation (28) unter Schritt S7) und der Gefäßgeometrie (24) zum zweiten Zeitpunkt (T2).The invention relates to a method for predicting the growth of aneurysms on the basis of CFD simulations derived from at least two angiographic recordings with the following steps: S1) First 3-D record (20) of the aneurysm and determination of a first vessel geometry (21) for a first Time point (T1), S2) First CFD simulation (22) based on this first vessel geometry (21), S3) Second 3-D image (23) of the aneurysm and determination of a second vessel geometry (24) at a second, later point in time (T2), S4) Registration (25) of both 3-D recordings (20, 23), S5) Determination (26) of the local growth rate (Vg) from the two 3-D recordings (20, 23), S6) Correlation (27) of the local growth rate (Vg) between the two vessel geometries (21, 24) with hemodynamically derived parameters (29) from the first CFD simulation (22) and storage of the correlation results, S7) based on the second CFD simulation (28) on the second vessel geometry (24) and / or on the first CFD simulation (22), S8) prediction (30) of the vessel geometry (24) and / or the local growth rate at a future point in time (T3) based on the correlation parameters (29), the hemodynamic parameters from the second CFD Simulation (28) under step S7) and the vessel geometry (24) at the second point in time (T2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage des Wachstums von Aneurysmen auf Basis von aus wenigstens zwei Angiographieaufnahmen abgeleiteten CFD-Simulationen.The invention relates to a method for predicting the growth of aneurysms based on at least two angiographic images derived CFD simulations.

Die vorliegende Patentanmeldung beschäftigt sich mit der Vorhersage des weiteren Aneurysmen-Wachstums durch die Einbeziehung hämodynamischer Parameter, z. B. simulierter Fluss im Aneurysma und dadurch auftretende Scherkräfte. Diese hämodynamischen Parameter werden in der Literatur als wichtige Mediatoren des Wachstums angesehen, wie dies Barry J. Doyle et al. in ”A comparison of modelling techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms” zu entnehmen ist [1].The present patent application is concerned with the prediction of further aneurysm growth by the inclusion of hemodynamic parameters, e.g. B. simulated flow in the aneurysm and thereby occurring shear forces. These hemodynamic parameters are considered in the literature as important mediators of growth, as this Barry J. Doyle et al. in "A comparison of modulating techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms" it can be seen [1].

Unter einem hämodynamischen Parameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, der eine Hämodynamik, also eine Strömungsmechanik des Blutes betrifft. Um auf derartige hämodynamische Parameter zu schließen, wird beispielsweise der Blutfluss in einem Gefäßabschnitt, welcher beispielsweise das Aneurysma umfasst, simuliert.A hemodynamic parameter is understood in particular to mean a parameter which relates to hemodynamics, that is to say a fluidic mechanism of the blood. In order to infer such hemodynamic parameters, for example, the blood flow in a vessel section, which comprises, for example, the aneurysm, is simulated.

Als abdominelle Aortenaneurysmen (AAA) werden Erweiterungen der abdominalen Aorta unterhalb des Abgangs der Nierenarterien auf mehr als 3 cm bezeichnet. Die Zahl der Patienten, die wegen eines nicht rupturierten abdominalen Aortenaneurysmas (AAA) in deutschen Krankenhäusern behandelt wurden, betrug im Jahr 2002 insgesamt 11.697; seither ist sie leicht auf 12.531 Fälle im Jahr 2007 angestiegen. Der Frauenanteil liegt bei 15%. Ebenfalls angestiegen ist die Zahl von Patienten mit rupturiertem AAA von 1.899 im Jahr 2000 auf 2.350 im Jahr 2007. Bei einem arteriellen Aneurysma ist die Arterie um das 1,5-fache erweitert. Da der infrarenale Aortendurchmesser für gewöhnlich etwa 2 cm beträgt, wurde in epidemiologischen Untersuchungen ein abdominales Aortenaneurysma ab einem Durchmesser von 3,0 cm definiert. Hierbei muss man allerdings berücksichtigen, dass der Aortendurchmesser mit dem Alter zunimmt und bei Männern etwas größer ist als bei Frauen. Im klinischen Alltag spricht man bei einem Durchmesser von 3 bis 4 cm daher häufig auch von einer aneurysmatischen Erweiterung der infrarenalen Aorta oder einer abdominalen Aortenektasie.Abdominal aortic aneurysms (AAA) refer to enlargements of the abdominal aorta below the origin of the renal arteries to more than 3 cm. The number of patients treated for non-ruptured abdominal aortic aneurysm (AAA) in German hospitals was 11,697 in 2002; since then it has risen slightly to 12,531 cases in 2007. The proportion of women is 15%. The number of patients with ruptured AAA also increased from 1,899 in 2000 to 2,350 in 2007. In the case of an arterial aneurysm, the artery has been expanded 1.5-fold. Since the infrarenal aortic diameter is usually about 2 cm, an abdominal aortic aneurysm from a diameter of 3.0 cm has been defined in epidemiological studies. However, one must consider that the aortic diameter increases with age and is slightly larger in men than in women. In clinical practice, with a diameter of 3 to 4 cm, this is often referred to as aneurysmal dilatation of the infrarenal aorta or abdominal aortic ectasia.

Die durchschnittliche Größenzunahme des AAA umfasst 2 bis 3 mm/Jahr, sie ist höher bei Rauchern, kann individuell aber erheblich schwanken. Das Rupturrisiko eines AAA < 4 cm liegt bei unter 2% pro Jahr, steigt jedoch ab einem Durchmesser von > 5 cm exponentiell an. Risikofaktoren für eine drohende Ruptur sind neben dem maximalen Durchmesser eine rasche Zunahme des Durchmessers (> 0,5–1 cm/Jahr), eine familiäre Belastung, eine exzentrische Morphologie und ein fortgesetzter Nikotin-Abusus, wie dies von Hans-Henning Eckstein et al. in ”Ultraschall-Screening abdominaler Aortenaneurysmen” beschrieben ist [2].The average increase in size of the AAA is 2 to 3 mm / year, it is higher in smokers, but may vary individually but significantly. The risk of rupture of an AAA <4 cm is less than 2% per year, but increases exponentially from a diameter of> 5 cm. Risk factors for impending rupture include, in addition to the maximum diameter, a rapid increase in diameter (> 0.5-1 cm / year), familial stress, eccentric morphology, and continued nicotine abuse, such as Hans-Henning Eckstein et al. in "Ultrasound Screening of Abdominal Aortic Aneurysms" is described [2].

Das Problem nach einer Diagnose eines AAA ist die zu treffende Entscheidung, ob das Aneurysma behandelt wird, der Patient sich also einer offenen OP oder einer endovaskulären Therapie unterziehen muss, oder ob das Aneurysma lediglich beobachtet wird, im Allgemeinen durch einen regelmäßigen CT-Scan. Essentieller Parameter für diese Entscheidung ist die Frage, wie schnell sich das AAA wahrscheinlich entwickelt, also welche Wachstumsgeschwindigkeit dem AAA vorausgesagt wird.The problem after a diagnosis of AAA is the decision to make, whether the aneurysm should be treated, the patient must undergo open surgery or endovascular therapy, or the aneurysm is merely observed, generally by a regular CT scan. The essential parameter for this decision is the question of how fast the AAA is likely to develop, that is, what growth rate is predicted for the AAA.

Die Problematik liegt aber darin, das neben der wachstumsinduzierten Wirkung der hämodynamischen Parameter auch patientenspezifische Parameter wie Genetik, Vorerkrankungen oder Verhalten eine wichtige Rolle spielen.The problem lies in the fact that in addition to the growth-induced effect of hemodynamic parameters and patient-specific parameters such as genetics, pre-existing diseases or behavior play an important role.

In zahlreichen Untersuchungen wird heute eine CFD-Simulation verwendet, um hämodynamische Größen, wie beispielsweise Wandscherstress (WSS) oder Druck in einem AAA, zu berechnen, um im Weiteren Aussagen über das weitere Wachstum eines AAAs treffen zu können. Dies ist beispielsweise Barry J. Doyle et al., ”A comparison of modelling techniques for computing wall stress in abdominal aortic aneurysms” , David S. Molony et al., ”Fluid-structure interaction of a Patient-specific abdominal aortic aneurysm treated with an endovascular stentgraft” , oder James H Leung et al., ”Fluid structure interaction of patient specific abdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models” zu entnehmen [1, 3, 4].Numerous studies are now using a CFD simulation to calculate hemodynamic parameters, such as wall shear stress (WSS) or pressure in an AAA, to further predict the future growth of an AAA. This is for example Barry J. Doyle et al., "A Comparison of Modulation Techniques for Computing Wall Stress in Abdominal Aortic Aneurysms" . David S. Molony et al., "Fluid-structure interaction of a patient-specific abdominal aortic aneurysm treated with endovascular stent graft" , or James H Leung et al., "Fluid structure interaction of patient specific abdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models" to be taken [1, 3, 4].

”Computational Fluid Dynamics”, kurz auch CFD genannt, ist ein Verfahren, um den Blutfluss in einem Gefäßabschnitt oder Gefäßsegment eines Blutgefäßes zu simulieren, welcher eine pathologische, also eine krankhafte Veränderung beinhaltet. Eine derartige pathologische Veränderung des Gefäßabschnitts liegt beispielsweise in Form eines Aneurysmas, also einer krankhaften, örtlich begrenzten, häufig sackartigen Erweiterung vor. Ein Aneurysma kann insbesondere in einem Blutgefäß im Bereich des Gehirns oder des Herzens auftreten; jedoch ist das Auftreten eines Aneurysmas im Allgemeinen nicht auf eine spezielle Körperregion begrenzt. Die klinische Bedeutsamkeit eines Aneurysmas, welches beispielsweise im Gehirn lokalisiert ist, besteht insbesondere aufgrund der Gefahr einer Ruptur, also einer Riss- oder Bruchbildung, die beispielsweise zu Einblutungen und Thrombosen führen kann. Die Dynamik des Blutflusses in einem Aneurysma wird in der heutigen Medizin häufig als ein wichtiger Faktor für die Pathogenese des Aneurysmas, also für dessen Entstehung und Entwicklung, erachtet."Computational Fluid Dynamics", also referred to as CFD for short, is a method to simulate the blood flow in a vessel section or vessel segment of a blood vessel, which includes a pathological, ie a pathological change. Such a pathological change of the vascular segment is, for example, in the form of an aneurysm, that is to say a pathological, localized, often bag-like enlargement. In particular, an aneurysm can occur in a blood vessel in the region of the brain or the heart; however, the appearance of an aneurysm is generally not limited to a particular body region. The clinical significance of an aneurysm, which is localized for example in the brain, is in particular due to the risk of rupture, so a crack or fracture, which may, for example, lead to bleeding and thrombosis. The dynamics of blood flow in an aneurysm is often considered in today's medicine as an important factor for the pathogenesis of the aneurysm, ie for its formation and development.

Bekannt ist auch, das Wachstum durch den Vergleich mehrerer sukzessiver Untersuchungen der AAA beispielsweise mittels Computertomographie zu bestimmen. It is also known to determine the growth by comparing several successive examinations of the AAA, for example by means of computed tomography.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Prognose des Wachstums von AAAs zu treffen, wie sich das Aneurysma weiterentwickelt, wobei patientenspezifische Einflussgrößen oder suboptimale Wahl von Randbedingungen für die CFD-Simulation eliminiert oder zumindest reduziert sind.The invention is based on the task of predicting the growth of AAAs as the aneurysm evolves, eliminating or at least reducing patient-specific predictors or suboptimal choice of constraints for CFD simulation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
S1) Erste 3-D-Aufnahme des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie zu einem ersten Zeitpunkt,
S2) Erste CFD-Simulation basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie,
S3) Zweite 3-D-Aufnahme des Aneurysmas und Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt,
S4) Registrierung beider 3-D-Aufnahmen,
S5) Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus den beiden 3-D-Aufnahmen,
S6) Korrelation der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zwischen den beiden Gefäßgeometrien mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus der ersten CFD-Simulation und Speicherung der Korrelationsergebnisse,
S7) Zweite CFD-Simulation basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie und/oder auf der ersten CFD-Simulation,
S8) Vorhersage der Gefäßgeometrie und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt aufgrund der Korrelationsparameter, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation unter Schritt
S7) und der Gefäßgeometrie zum zweiten Zeitpunkt.
The object is achieved according to the invention by the following steps:
S1) First 3-D image of the aneurysm and determination of a first vessel geometry at a first time,
S2) First CFD simulation based on this first vessel geometry,
S3) Second 3-D image of the aneurysm and determination of a second vessel geometry at a second, later time,
S4) registration of both 3-D recordings,
S5) determination of the local growth rate from the two 3-D images,
S6) Correlation of the local growth rate between the two vessel geometries with haemodynamically derived parameters from the first CFD simulation and storage of the correlation results,
S7) Second CFD simulation based on the second vessel geometry and / or on the first CFD simulation,
S8) prediction of vessel geometry and / or local growth rate at a future time based on the correlation parameters, the hemodynamic parameters from the second CFD simulation under step
S7) and the vessel geometry at the second time.

Durch die Korrelation von CFD-Simulationen und Gefäßmessungen gelangt man zur besseren Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums ohne Beeinträchtigungen von patientenspezifischen Einflussgrößen oder Randbedingungen für die CFD-Simulation.By correlating CFD simulations and vascular measurements, one can better predict aneurysm growth without affecting patient-specific predictors or boundary conditions for CFD simulation.

In vorteilhafter Weise können die 3-D-Aufnahmen gemäß Schritt S1) und Schritt S3) mittels wenigstens eines bildgebenden Verfahrens aus der Gruppe

  • • Computertomographie (CT),
  • • Magnetresonanztomographie (MRI),
  • • Ultraschall (US) und/oder
  • • Angiographie (DynaCT)
erstellt werden.Advantageously, the 3-D images according to step S1) and step S3) by means of at least one imaging method from the group
  • Computed tomography (CT),
  • • magnetic resonance imaging (MRI),
  • • Ultrasound (US) and / or
  • • Angiography (DynaCT)
to be created.

Erfindungsgemäß können die Korrelationsergebnisse gemäß Schritt S6) angeben, welche der simulierten hämodynamischen Parameter tatsächlich zum Wachstum (zwischen T1 und T2) beigetragen haben, bzw. welcher der simulierten hämodynamischen Parameter maßgeblich zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen hat, wie die einzelnen Parameter zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen haben und/oder den Korrelationskoeffizienten.According to the invention, the correlation results according to step S6) can indicate which of the simulated hemodynamic parameters actually contributed to the growth (between T1 and T2) or which of the simulated hemodynamic parameters contributed significantly to the growth of the aneurysm, such as the individual parameters for the growth of the aneurysm contributed and / or the correlation coefficient.

Die Registrierung beider 3-D-Aufnahmen gemäß Schritt S4) kann erfindungsgemäß rigide oder flexibel erfolgen.The registration of both 3-D images according to step S4) can be carried out according to the invention rigid or flexible.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Bestimmung der Gefäßgeometrie gemäß Schritt S1) und Schritt S3) das Lumen und/oder der Thrombus verwendet werden.It has proved to be advantageous if the lumen and / or the thrombus are used to determine the vessel geometry according to step S1) and step S3).

Erfindungsgemäß errechnet sich die Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus der Zunahme des lokalen Radius geteilt durch die Zeit zwischen beiden 3-D-Aufnahmen.According to the invention, the determination of the local growth rate is calculated from the increase of the local radius divided by the time between both 3-D images.

In vorteilhafter Weise kann die zweite 3-D-Aufnahme zu dem zweiten Zeitpunkt (T2) gemäß Schritt S3) etwa drei Monate nach der ersten 3-D-Aufnahme zu dem ersten Zeitpunkt (T1) gemäß Schritt S1) erfolgt.Advantageously, the second 3-D recording at the second time (T2) according to step S3) takes place about three months after the first 3-D recording at the first time (T1) according to step S1).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die hämodynamisch abgeleiteten Parameter gemäß Schritt S6) und/oder Schritt S8) wenigstens ein Parameter ist aus der Gruppe:

  • • ein simulierter Fluss in einem Aneurysma,
  • • durch den Blutfluss auftretende Scherkräfte,
  • • ein Druck in einem Aneurysma,
  • • eine die Gefäßwand betreffende Spannung,
  • • eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie
  • • eine Flussrate
It has proved to be advantageous if the hemodynamically derived parameters according to step S6) and / or step S8) is at least one parameter from the group:
  • A simulated flow in an aneurysm,
  • Shear forces due to blood flow,
  • • pressure in an aneurysm,
  • A tension affecting the vessel wall,
  • • a shear stress affecting the vessel wall as well
  • • a flow rate

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing. Show it:

1 ein bekanntes Röntgensystem mit einem Industrieroboter als Tragvorrichtung für einen C-Bogen, 1 a known X-ray system with an industrial robot as a support device for a C-arm,

2 einen Gefäßausschnitt auf Basis einer Angiographieaufnahme 2 a vessel section based on an angiography recording

3 das erfindungsgemäße Verfahren und 3 the inventive method and

4 die erfindungsgemäßen Schritte des Verfahrensablaufs. 4 the inventive steps of the procedure.

Um 3-D-Aufnahmen beispielsweise eines Aneurysmas erstellen zu können, lassen sich verschiedene bildgebende Systeme, wie beispielsweise Computertomographie-(CT), Magnetresonanztomographie-(MRI), Ultraschall-(US) und/oder Rotationsangiographie-Systeme (DynaCT), einsetzen. To create 3-D images of an aneurysm, for example, various imaging systems such as computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), ultrasound (US) and / or rotational angiography (DynaCT) systems can be used.

Zur Durchführung einer derartigen Rotationsangiographie zur Erzeugung von 3-D-Bildaufnahmen, um ein 3-D-Gefäßabschnittsmodell beispielsweise eines AAAs zu erhalten, werden Röntgensysteme eingesetzt, deren typische wesentliche Merkmale beispielsweise mindestens ein C-Bogen, der robotergesteuert sein kann und an dem eine Röntgenröhre und ein Röntgenbilddetektor angebracht sind, ein Patientenlagerungstisch, ein Hochspannungsgenerator zur Erzeugung der Röhrenspannung, eine Systemsteuerungseinheit und ein Bildgebungssystem inklusive mindestens eines Monitors sein können.To perform such Rotationsangiographie for the generation of 3-D image recordings to obtain a 3-D vessel section model, for example, an AAA, X-ray systems are used, whose typical essential features, for example, at least one C-arm, which may be robotically controlled and on the one X-ray tube and an X-ray image detector are mounted, a patient table, a high voltage generator for generating the tube voltage, a system control unit and an imaging system including at least one monitor can be.

Ein derartiges in der 1 als Beispiel dargestelltes typisches Röntgensystem mit Roboter-montiertem C-Bogen weist beispielsweise einen an einem Ständer in Form eines sechsachsigen Industrie- oder Knickarmroboters 1 drehbar gelagerten C-Bogen 2 auf, an dessen Enden eine Röntgenstrahlungsquelle, beispielsweise ein Röntgenstrahler 3 mit Röntgenröhre und Kollimator, und ein Röntgenbilddetektor 4 als Bildaufnahmeeinheit angebracht sind.Such in the 1 For example, a typical X-ray system with robot-mounted C-arm, shown as an example, has one on a stand in the form of a six-axis industrial or articulated robot 1 rotatably mounted C-arm 2 on, at the ends of an X-ray source, such as an X-ray source 3 with X-ray tube and collimator, and an X-ray image detector 4 are mounted as an image recording unit.

Generell sind auch CTA und MRA geeignet, um die 3-D-Modelle zu erzeugen. Der Vorteil bei C-Bogen-Systemen liegt darin, dass gegebenenfalls die 2-D-Aufnahmen intrinsisch registriert sind. Ansonsten ist dies bei allen Modalitäten zu tun.In general, CTA and MRA are also suitable for generating the 3-D models. The advantage of C-arm systems is that, if necessary, the 2-D images are intrinsically registered. Otherwise this is to be done in all modalities.

Mittels des beispielsweise aus der US 7,500,784 B2 bekannten Knickarmroboters 1, welcher bevorzugt sechs Drehachsen und damit sechs Freiheitsgrade aufweist, kann der C-Bogen 2 beliebig räumlich verstellt werden, zum Beispiel indem er um ein Drehzentrum zwischen dem Röntgenstrahler 3 und dem Röntgenbilddetektor 4 gedreht wird. Das erfindungsgemäße Röntgensystem 1 bis 4 ist insbesondere um Drehzentren und Drehachsen in der C-Bogen-Ebene des Röntgenbilddetektors 4 drehbar, bevorzugt um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 und um den Mittelpunkt des Röntgenbilddetektors 4 schneidende Drehachsen.By means of the example of the US 7,500,784 B2 known articulated robot 1 , which preferably has six axes of rotation and thus six degrees of freedom, the C-arm 2 be spatially adjusted, for example, by turning around a center of rotation between the X-ray source 3 and the X-ray image detector 4 is turned. The X-ray system according to the invention 1 to 4 is in particular about centers of rotation and axes of rotation in the C-arm plane of the X-ray image detector 4 rotatable, preferably around the center of the X-ray image detector 4 and around the center of the X-ray image detector 4 cutting axes of rotation.

Der bekannte Knickarmroboter 1 weist ein Grundgestell auf, welches beispielsweise auf einem Boden fest montiert ist. Daran ist drehbar um eine erste Drehachse ein Karussell befestigt. Am Karussell ist schwenkbar um eine zweite Drehachse eine Roboterschwinge angebracht, an der drehbar um eine dritte Drehachse ein Roboterarm befestigt ist. Am Ende des Roboterarms ist drehbar um eine vierte Drehachse eine Roboterhand angebracht. Die Roboterhand weist ein Befestigungselement für den C-Bogen 2 auf, welches um eine fünfte Drehachse schwenkbar und um eine senkrecht dazu verlaufende sechste Rotationsachse rotierbar ist.The well-known articulated robot 1 has a base frame, which is for example fixedly mounted on a floor. It is rotatably mounted about a first axis of rotation a carousel. On the carousel is pivotally mounted about a second axis of rotation a rocker arm, on which is rotatably mounted about a third axis of rotation, a robot arm. At the end of the robot arm, a robot hand is rotatably mounted about a fourth axis of rotation. The robot hand has a fastener for the C-arm 2 which is pivotable about a fifth axis of rotation and about a perpendicular thereto extending sixth axis of rotation rotatable.

Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.The realization of the X-ray diagnostic device is not dependent on the industrial robot. It can also find common C-arm devices use.

Der Röntgenbilddetektor 4 kann ein rechteckiger oder quadratischer, flacher Halbleiterdetektor sein, der vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) erstellt ist. Es können aber auch integrierende und eventuell zählende CMOS-Detektoren Anwendung finden.The X-ray image detector 4 may be a rectangular or square semiconductor flat detector, preferably made of amorphous silicon (a-Si). However, integrating and possibly counting CMOS detectors may also be used.

Im Strahlengang des Röntgenstrahlers 3 befindet sich auf einem Patientenlagerungstisch 5 zur Aufnahme beispielsweise eines Herzens ein zu untersuchender Patient 6 als Untersuchungsobjekt. An der Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Systemsteuerungseinheit 7 mit einem Bildsystem 8 angeschlossen, das die Bildsignale des Röntgenbilddetektors 4 empfängt und verarbeitet (Bedienelemente sind beispielsweise nicht dargestellt). Die Röntgenbilder können dann auf Displays einer Monitorampel 9 betrachtet werden.In the beam path of the X-ray source 3 is located on a patient table 5 for receiving, for example, a heart, a patient to be examined 6 as a research object. At the X-ray diagnostic facility is a system control unit 7 with an image system 8th connected to the image signals of the X-ray image detector 4 receives and processes (controls are not shown, for example). The X-ray images can then be displayed on a monitor 9 to be viewed as.

In der 2 ist ein Gefäßabschnitt 10 dargestellt, wie er sich in einer 3-D-Aufnahme einer Basisuntersuchung zu einem Zeitpunkt T1 darstellt. In einer zu einem gegenüber dem Zeitpunkt T1 späteren Zeitpunkt T2 durchgeführten Untersuchung – beispielsweise zum heutigen Zeitpunkt – weist die Gefäßwand 11 in einer aktuellen 3-D-Aufnahme ein AAA auf.In the 2 is a vessel section 10 as shown in a 3-D image of a baseline at time T1. In a test carried out at a time T2 later than the time T1, for example at the present time, the vessel wall is pointed 11 in an actual 3-D recording an AAA on.

Das hauptsächliche Problem der Vorhersage des Wachstums von AAAs ist die Frage, wie sich das Aneurysma bis zu einem zukünftigen Zeitpunkt T3 weiterentwickelt, wenn die Geometrien der Aorta zu den Zeitpunkten T1 und T2 bekannt sind.The main problem of predicting the growth of AAAs is the question of how the aneurysm will evolve until a future time T3, when the geometries of the aorta at times T1 and T2 are known.

Ziel ist es nun, aufgrund einer patientenspezifischen Vorhersage den Verlauf der zukünftigen Gefäßwand 12 mit einem AAA möglichst genau wiederzugeben.The goal is now, based on a patient-specific prediction, the course of the future vessel wall 12 to reproduce as accurately as possible with an AAA.

Dies wird durch das in 3 symbolisch dargestellte Verfahren erreicht. Zunächst muss beispielsweise eine DynaCT-Aufnahme oder CT-Aufnahme als erste 3-D-Aufnahme 20 oder sogenannte Baseline-3-D-Aufnahme zu einem ersten Untersuchungszeitpunkt T1 vorliegen, aufgrund derer eine erste Gefäßmessung 21 durchgeführt werden kann. Mittels dieser aus der ersten Gefäßmessung 21 erhaltenen Gefäßgeometrie des Gefäßabschnitts 10 lässt sich eine erste CFD-Simulation 22 durchführen.This is through the in 3 symbolically represented method achieved. First, for example, has a DynaCT recording or CT scan as the first 3-D recording 20 or so-called baseline 3-D recording at a first examination time T1, on the basis of which a first vessel measurement 21 can be carried out. By means of this from the first vessel measurement 21 obtained vessel geometry of the vessel section 10 can be a first CFD simulation 22 carry out.

Zu einem zweiten Untersuchungszeitpunkt T2, beispielsweise heute, wird eine aktuelle zweite 3-D-Aufnahme 23 wiederum beispielsweise mittels eines DynaCT-Systems oder eines CT-Systems erstellt, die eine zweite Gefäßmessung 24 zur Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie ermöglicht. Anschließend erfolgt eine Registrierung 25 beider 3-D-Aufnahmen 20 und 23 und damit auch beider Gefäßgeometrien der Gefäßmessungen 21 und 24. At a second examination time T2, for example today, a current second 3-D image is taken 23 in turn, for example, by means of a DynaCT system or a CT system created, the second vessel measurement 24 for determining a second vessel geometry. Subsequently, a registration takes place 25 both 3-D recordings 20 and 23 and thus also in the vessel geometry of the vessel measurements 21 and 24 ,

Aus diesen Daten 20, 21, 23 und 24 werden die lokalen Wachstumsgeschwindigkeiten 26 (Vg) für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrie zwischen dem ersten Untersuchungszeitpunkt T1 und dem zweiten Untersuchungszeitpunkt T2 ermittelt.From this data 20 . 21 . 23 and 24 become the local growth rates 26 (Vg) determined for each vessel section of the vessel geometry between the first examination time T1 and the second examination time T2.

Zwischen den beiden Gefäßgeometrien 21 und 24 mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus der ersten CFD-Simulation 22 erfolgt eine Korrelation 27 der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit Vg und Speicherung der Korrelationsergebnisse.Between the two vessel geometries 21 and 24 with hemodynamically derived parameters from the first CFD simulation 22 there is a correlation 27 the local growth rate Vg and storage of the correlation results.

Aufbauend auf die aktuelle 3-D-Aufnahme 23 zu dem zweiten Untersuchungszeitpunkt T2 mit der zweiten Gefäßmessung 24 wird eine zweite CFD-Simulation 28 durchgeführt.Building on the current 3-D recording 23 at the second examination time T2 with the second vessel measurement 24 becomes a second CFD simulation 28 carried out.

Aus der Korrelation 27 sowie der zweiten CFD-Simulation 28 kann berechnet werden, welche der simulierten hämodynamischen Parameter 29 tatsächlich zum Wachstum des AAAs zwischen den Untersuchungszeitpunkten T1 und T2 beigetragen haben. Mit dieser Information kann dann das Wachstum besser zu einer Vorhersage 30 für ein zukünftiges Wachstum des AAAs zu einem zukünftigen Untersuchungszeitpunkt T3 genutzt werden, so dass man zu einer Prognose 31 für eine dritte Gefäßgeometrie gelangt. Aufgrund dieser Prognose 31 können nun weitergehende Maßnahmen beurteilt werden, ob das Aneurysma behandelt, der Patient sich also einer offenen OP oder einer endovaskulären Therapie unterziehen muss, oder ob das Aneurysma lediglich beobachtet werden muss.From the correlation 27 as well as the second CFD simulation 28 can be calculated which of the simulated hemodynamic parameters 29 actually contributed to the growth of the AAA between T1 and T2. With this information, growth can be better predictive 30 for a future growth of the AAA at a future time of investigation T3 be used, so that one to a prognosis 31 for a third vessel geometry. Because of this forecast 31 It is now possible to assess further measures, whether the aneurysm should be treated, the patient must undergo open surgery or endovascular therapy, or whether the aneurysm must be observed.

In diesem Falle kann zu einem dritten Untersuchungszeitpunkt beispielsweise in drei Monaten erneut eine 3-D-Aufnahme mit einer weiteren Gefäßmessung erstellt werden. Nach erfolgter Registrierung der 3-D-Aufnahmen werden die lokalen Wachstumsgeschwindigkeiten Vg für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrien zwischen den Untersuchungszeitpunkten ermittelt und 1 mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus CFD-Simulationen zur erneuten Prädiktion eines zukünftigen Wachstums des AAAs korreliert.In this case, at a third examination time, for example in three months, a 3-D image can be taken again with another vessel measurement. After registration of the 3-D images, the local growth rates Vg for each vascular segment of the vascular geometries are determined between assay times and 1 correlated with hemodynamically-derived parameters from CFD simulations to re-predict future growth of the AAA.

Die simulierten hämodynamische Parameter 29 können beispielsweise sein:

  • • ein simulierter Blutfluss in einem Aneurysma,
  • • durch den Blutfluss auftretende Scherkräfte,
  • • ein Druck in einem Aneurysma,
  • • eine die Gefäßwand betreffende Spannung,
  • • eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie
  • • eine Flussrate
The simulated hemodynamic parameters 29 can be for example:
  • A simulated blood flow in an aneurysm,
  • Shear forces due to blood flow,
  • • pressure in an aneurysm,
  • A tension affecting the vessel wall,
  • • a shear stress affecting the vessel wall as well
  • • a flow rate

Die Zwischenschritte der Wachstumsgeschwindigkeiten Vg für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrien zwischen den Untersuchungszeitpunkten können interpoliert werden, um ggf. später ein kontinuierliches Wachstumsprofil erstellen zu können. Damit können virtuelle Zwischenmodelle erzeugt werden und diese für CFD-Simulationen verwendet werden, so dass eine iterative Kontrolle, bzw. Anpassung ermöglicht wird.The intermediate steps of the growth rates Vg for each vessel section of the vessel geometries between the examination times can be interpolated in order to be able to create a continuous growth profile later, if necessary. This can be used to create virtual intermediate models and use them for CFD simulations, so that an iterative control or adaptation is possible.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums liegt also der Gedanke zugrunde, aus den bekannten Messungen und Simulationen zum Zeitpunkt T1 und T2 (heute) durch Korrelation zu berechnen, welche der simulierten Parameter tatsächlich zum Wachstum (zwischen T1 und T2) beigetragen haben. Mit dieser Information kann dann das Wachstum zum Zeitpunkt T3 besser vorhergesagt werden.The method according to the invention for predicting aneurysm growth is therefore based on the idea of calculating from the known measurements and simulations at time T1 and T2 (today) by correlation which of the simulated parameters actually contributed to the growth (between T1 and T2). With this information, the growth at time T3 can then be better predicted.

Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf in Kürze ist:
In einem ersten Schritt S1) wird eine erste 3-D-Aufnahme 20 des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie zu einem ersten Zeitpunkt T1 erstellt.
The process according to the invention in brief is:
In a first step S1), a first 3-D image is taken 20 of the aneurysm and determination of a first vessel geometry at a first time T1.

Anschließend erfolgt gemäß einem zweiten Schritt S2) eine erste CFD-Simulation 22 basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie.Subsequently, according to a second step S2), a first CFD simulation is performed 22 based on this first vessel geometry.

In einem dritten Schritt S3) werden eine zweite 3-D-Aufnahme 23 des Aneurysmas und eine Bestimmung 24 einer zweiten Gefäßgeometrie zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt T2 durchgeführt.In a third step S3), a second 3-D recording 23 of the aneurysm and a provision 24 a second vessel geometry at a second, later time T2 performed.

Gemäß einem vierten Schritt S4) werden beide 3-D-Aufnahmen 20 und 23 miteinander registriert (25).According to a fourth step S4), both 3-D shots 20 and 23 registered with each other ( 25 ).

In einem fünften Schritt S5) erfolgt eine Bestimmung 26 der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus den beiden 3-D-Aufnahmen 20 und 23.In a fifth step S5), a determination is made 26 the local growth speed from the two 3-D shots 20 and 23 ,

Nachfolgend werden gemäß einem sechsten Schritt S6) eine Korrelation 27 der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zwischen den beiden Gefäßgeometrien mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus der ersten CFD-Simulation 22 und eine Speicherung der Korrelationsergebnisse durchgeführt.Subsequently, according to a sixth step S6), a correlation 27 the local growth rate between the two vessel geometries with hemodynamically derived parameters from the first CFD simulation 22 and storing the correlation results.

In einem siebten Schritt S7) erfolgt eine zweite CFD-Simulation 28 basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie und/oder auf der ersten CFD-Simulation 22. In a seventh step S7), a second CFD simulation is performed 28 based on the second vessel geometry and / or on the first CFD simulation 22 ,

Abschließend erfolgt in einem achten Schritt S8) eine Vorhersage 30 der Gefäßgeometrie und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt (T3) aufgrund der Korrelationsparameter 29, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation 28 unter Schritt S7) und der Gefäßgeometrie 24 zum zweiten Zeitpunkt (T2).Finally, a prediction takes place in an eighth step S8) 30 the vessel geometry and / or the local growth rate at a future time (T3) due to the correlation parameters 29 , the hemodynamic parameters from the second CFD simulation 28 under step S7) and the vessel geometry 24 at the second time (T2).

Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt einen einfachen Weg auf, die persönlichen Faktoren mit den Ergebnissen der hämodynamischen Simulationen zu kombinieren und eine verbesserte Basis für die Vorhersage des weiteren Wachstums eines Aneurysmas zu ermöglichen.The method of the invention provides a simple way to combine personal factors with the results of hemodynamic simulations and to provide an improved basis for predicting the further growth of an aneurysm.

Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Wachstum eines AAA mittels mindestens zweier aufeinanderfolgender bildgebender 3-D-Verfahren aufzunehmen und die abgeleitete Wachstumsgeschwindigkeit mit hämodynamisch abgeleiteten Größen (z. B. WSS) aus einer CFD-Simulation zu korrelieren und das Ergebnis auf eine zweite CFD-Simulation anzuwenden.For this purpose, it is proposed according to the invention to record the growth of an AAA by means of at least two consecutive 3-D imaging methods and to correlate the derived growth rate with hemodynamically derived variables (eg WSS) from a CFD simulation and transfer the result to a second CFD simulation. Apply simulation.

Vorraussetzung für das vorgeschlagene Verfahren sind:

  • – Mindestens zwei Aufnahmen der Aorta zu zwei verschiedenen Zeitpunkten T1 und T2 sind erstellt worden, aus denen man das lokale AAA Wachstum bestimmen bzw. messen kann.
  • – Diese zwei Aufnahmen sind zueinander registriert, wobei die Registrierung rigide oder flexibel sein kann.
  • – Für die Aufnahme zum Zeitpunkt T1 liegt eine CFD-Simulation der Aorta vor.
Prerequisite for the proposed method are:
  • - At least two recordings of the aorta at two different times T1 and T2 have been created, from which one can determine or measure the local AAA growth.
  • - These two images are registered with each other, whereby the registration can be rigid or flexible.
  • - For admission at time T1, a CFD simulation of the aorta is available.

Optional:

  • – Die Zwischenschritte im Wachstum können interpoliert werden, um ggf. später ein kontinuierliches Wachstumsprofil erstellen zu können. Damit können virtuelle Zwischenmodelle erzeugt werden und diese für CFD-Simulationen verwendet werden. Damit ist eine iterative Kontrolle, bzw. Anpassung möglich.
optional:
  • - The intermediate steps in the growth can be interpolated, in order to be able to create a continuous growth profile later. With this, virtual intermediate models can be created and used for CFD simulations. For an iterative control, or adaptation is possible.

Korrelation der Messungen und Simulationen:

  • – Nun wird die CFD-Simulation zum Zeitpunkt T1 korreliert mit dem (tatsächlich gemessenen) AAA Wachstum zwischen Zeitpunkt T1 und T2. Dadurch kann bestimmt werden:
  • – Welcher der simulierten hämodynamischen Parameter maßgeblich zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen hat.
  • – Wie die einzelnen Parameter zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen haben.
  • – Der Korrelationskoeffizient.
Correlation of measurements and simulations:
  • Now the CFD simulation at time T1 is correlated with the (actually measured) AAA growth between time T1 and T2. This can determine:
  • - Which of the simulated hemodynamic parameters contributed significantly to the growth of the aneurysm?
  • - How the individual parameters contributed to the growth of the aneurysm.
  • - The correlation coefficient.

Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums:

  • – Wird nun eine CFD-Simulation der Aortenaufnahme zum Zeitpunkt T2 erstellt, kann mit dieser, den vorher bestimmten Korrelationsparametern und der Gefäßgeometrie zum Zeitpunkt T2 eine bessere Vorhersage des Wachstums gemacht werden.
Prediction of aneurysm growth:
  • - If a CFD simulation of the aortic uptake is made at time T2, this, the previously determined correlation parameters and the vessel geometry at time T2 can be used to better predict the growth.

Beispiel für einen Workflow:

  • 1. Erste 3-D-Aufnahme (CT, MRI, US, DynaCT) des AAA und Bestimmung der Gefäßgeometrie (Lumen, Thrombus),
  • 2. CFD-Simulation basierend auf dieser Geometrie,
  • 3. Zweite 3-D-Aufnahme des AAA und Bestimmung der Gefäßgeometrie (Lumen, Thrombus) z. B. nach 3 Monaten,
  • 4. Registrierung (rigide oder flexibel) beider 3-D-Aufnahmen,
  • 5. Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (z. B. Zunahme des lokalen Radius geteilt durch die Zeit zwischen beiden 3-D-Aufnahmen),
  • 6. Korrelation der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit mit den Ergebnissen aus der CFD-Simulation der ersten Geometrie. Diese werden gespeichert,
  • 7. CFD-Simulation basierend auf der zweiten Geometrie,
  • 8. Vorhersage der zukünftigen Gefäßgeometrie und/oder der zukünftigen lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aufgrund der Korrelationsparameter, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation unter Punkt S7 und der Gefäßgeometrie zum zweiten Zeitpunkt.
Example of a workflow:
  • 1. First 3-D image (CT, MRI, US, DynaCT) of the AAA and determination of the vessel geometry (lumen, thrombus),
  • 2. CFD simulation based on this geometry,
  • 3. Second 3-D image of the AAA and determination of the vessel geometry (lumen, thrombus) z. After 3 months,
  • 4. Registration (rigid or flexible) of both 3-D recordings,
  • 5. determination of local growth rate (eg increase in local radius divided by the time between both 3-D acquisitions),
  • 6. Correlation of the local growth rate with the results from the CFD simulation of the first geometry. These are saved
  • 7. CFD simulation based on the second geometry,
  • 8. Prediction of future vascular geometry and / or future local growth rate based on the correlation parameters, hemodynamic parameters from the second CFD simulation under point S7, and vessel geometry at the second time point.

Speziell wird eine Korrelation vorgeschlagen zwischen

  • a) einem (oder mehreren) simulierten hämodynamischen Parametern in einem definierten Simulationssetting mit
  • b) dem individuellen (tatsächlich zwischen zwei oder mehreren Scans gemessen) Aneurysmen-Wachstum, um zu sehen, wie sich diese Parameter auf das weitere Wachstum auswirken.
Specifically, a correlation is proposed between
  • a) one (or more) simulated hemodynamic parameters in a defined simulation setting
  • b) the individual aneurysm growth (actually measured between two or more scans) to see how these parameters affect further growth.

Die vorgeschlagene Lösung lässt sich im Prinzip für alle Aneurysmen-Typen anwenden, also auch beispielsweise für thorakale Aorten Aneurysmen oder intrakraniale Aneurysmen. Die Beschreibung bezieht sich jedoch lediglich der Einfachheit halber auf AAAs.The proposed solution can be used in principle for all types of aneurysms, including, for example, for thoracic aortic aneurysms or intracranial aneurysms. However, the description refers to AAAs for convenience only.

Patientenspezifische Einflussgrößen wie Genetik oder suboptimale Wahl von Randbedingungen für die CFD-Simulation werden durch das erfindungsgemäße Verfahren eliminiert. Die Vorhersage kann bei Aneurysmen unter Beobachtung mit neuer 3-D-Bildgebung verifiziert werden. Patient-specific factors such as genetics or suboptimal choice of boundary conditions for the CFD simulation are eliminated by the method according to the invention. The prediction can be verified in aneurysms under observation with new 3-D imaging.

Referenzenreferences

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  • [2] Hans-Henning Eckstein, Dittmar Böckler, Ingo Flessenkämper, Thomas Schmitz-Rixen, Sebastian Debus, Werner Lang; Ultraschall-Screening abdominaler Aortenaneurysmen; Deutsches Ärzteblatt, Jg. 106, Heft 41, 9. Oktober 2009, Seiten 657 bis 663 [2] Hans-Henning Eckstein, Dittmar Böckler, Ingo Flessenkämper, Thomas Schmitz-Rixen, Sebastian Debus, Werner Lang; Ultrasound screening of abdominal aortic aneurysms; Deutsches Ärzteblatt, Jg. 106, No. 41, 9 October 2009, pages 657 to 663
  • [3] David S. Molony, Anthony Callanan, Eamon G. Kavanagh, Michael T. Walsh and Tim M. McGloughlin; Fluid-structure interaction of a Patient-specific abdominal aortic aneurysm treated with an endovascular stent-graft; BioMedical Engineering OnLine 2009, 8: 24; Seiten 1 bis 12 [3] David S. Molony, Anthony Callanan, Eamon G. Kavanagh, Michael T. Walsh, and Tim M. McGloughlin; Fluid-structure interaction of a patient-specific abdominal aortic aneurysm treated with an endovascular stent-graft; BioMedical Engineering OnLine 2009, 8: 24; Pages 1 to 12
  • [4] James H Leung, Andrew R Wright, Nick Cheshire, Jeremy Crane, Simon A Thom, Alun D Hughes and Yun Xu; Fluid structure interaction of patient specific abdominal aortic aneurysms: a comparison with solid stress models; BioMedical Engineering OnLine 2006, 5: 33, Seiten 1 bis 15 [4] James H Leung, Andrew R Wright, Nick Cheshire, Jeremy Crane, Simon A Thom, Alun D Hughes and Yun Xu; Abdominal aortic aneurysm: a comparison with solid stress models; BioMedical Engineering OnLine 2006, 5: 33, pages 1 to 15

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7500784 B2 [0031] US 7500784 B2 [0031]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims (9)

Verfahren zur Vorhersage des Wachstums von Aneurysmen auf Basis von aus wenigstens zwei Angiographieaufnahmen abgeleiteten CFD-Simulationen mit folgenden Schritten: S1) Erste 3-D-Aufnahme (20) des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie (21) zu einem ersten Zeitpunkt (T1), S2) Erste CFD-Simulation (22) basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie (21), S3) Zweite 3-D-Aufnahme (23) des Aneurysmas und Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie (24) zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt (T2), S4) Registrierung (25) beider 3-D-Aufnahmen (20, 23), S5) Bestimmung (26) der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (Vg) aus den beiden 3-D-Aufnahmen (20, 23), S6) Korrelation (27) der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (Vg) zwischen den beiden Gefäßgeometrien (21, 24) mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern (29) aus der ersten CFD-Simulation (22) und Speicherung der Korrelationsergebnisse, S7) Zweite CFD-Simulation (28) basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie (24) und/oder auf der ersten CFD-Simulation (22), S8) Vorhersage (30) der Gefäßgeometrie und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt (T3) aufgrund der Korrelationsparameter (29), den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation (28) unter Schritt S7) und der Gefäßgeometrie (24) zum zweiten Zeitpunkt (T2).A method for predicting the growth of aneurysms based on at least two angiographic images derived CFD simulations comprising the steps of: S1) first 3-D image ( 20 ) of the aneurysm and determination of a first vessel geometry ( 21 ) at a first time (T1), S2) First CFD simulation ( 22 ) based on this first vessel geometry ( 21 ), S3) Second 3-D image ( 23 ) of the aneurysm and determination of a second vessel geometry ( 24 ) at a second, later time (T2), S4) registration ( 25 ) of both 3-D images ( 20 . 23 ), S5) Determination ( 26 ) of the local growth rate (Vg) from the two 3-D images ( 20 . 23 ), S6) Correlation ( 27 ) of the local growth rate (Vg) between the two vessel geometries ( 21 . 24 ) with hemodynamically derived parameters ( 29 ) from the first CFD simulation ( 22 ) and storage of the correlation results, S7) Second CFD simulation ( 28 ) based on the second vessel geometry ( 24 ) and / or on the first CFD simulation ( 22 ), S8) prediction ( 30 ) of the vessel geometry and / or the local growth rate at a future point in time (T3) on the basis of the correlation parameters ( 29 ), the hemodynamic parameters from the second CFD simulation ( 28 ) under step S7) and the vessel geometry ( 24 ) at the second time (T2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 3-D-Aufnahmen (20, 23) gemäß Schritt S1) und Schritt S3) mittels wenigstens eines bildgebenden Verfahrens aus der Gruppe • Computertomographie (CT), • Magnetresonanztomographie (MRI), • Ultraschall (US) und/oder • Angiographie (DynaCT) erstellt werden.Method according to claim 1, characterized in that the 3-D recordings ( 20 . 23 ) according to step S1) and step S3) by means of at least one imaging method from the group • computed tomography (CT), • magnetic resonance imaging (MRI), • ultrasound (US) and / or • angiography (DynaCT). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelationsergebnisse gemäß Schritt S6) angeben, welche der simulierten hämodynamischen Parameter tatsächlich zum Wachstum (zwischen T1 und T2) beigetragen haben.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the correlation results according to step S6) indicate which of the simulated hemodynamic parameters actually contributed to the growth (between T1 and T2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrelationsergebnisse gemäß Schritt S6) angeben, welcher der simulierten hämodynamischen Parameter maßgeblich zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen hat, wie die einzelnen Parameter zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen haben und/oder den Korrelationskoeffizienten.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the correlation results according to step S6) indicate which of the simulated hemodynamic parameters contributed significantly to the growth of the aneurysm, how the individual parameters contributed to the growth of the aneurysm and / or the correlation coefficient. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierung (25) beider 3-D-Aufnahmen (20, 23) gemäß Schritt S4) rigide oder flexibel erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the registration ( 25 ) of both 3-D images ( 20 . 23 ) in step S4) takes place rigidly or flexibly. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung (21, 24) der Gefäßgeometrie gemäß Schritt S1) und Schritt S3) das Lumen und/oder der Thrombus verwendet werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that for the determination ( 21 . 24 ) of the vessel geometry according to step S1) and step S3) the lumen and / or the thrombus are used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (Vg) aus der Zunahme des lokalen Radius geteilt durch die Zeit zwischen beiden 3-D-Aufnahmen (20, 23) errechnet.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the determination of the local growth rate (Vg) from the increase of the local radius divided by the time between both 3-D images ( 20 . 23 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite 3-D-Aufnahme (23) zu dem zweiten Zeitpunkt (T2) gemäß Schritt S3) etwa drei Monaten nach der ersten 3-D-Aufnahme (20) zu dem ersten Zeitpunkt (T1) gemäß Schritt S1) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the second 3-D recording ( 23 ) at the second time (T2) according to step S3) about three months after the first 3-D recording ( 20 ) at the first time (T1) in step S1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hämodynamisch abgeleiteten Parameter gemäß Schritt S6) und/oder Schritt S8) wenigstens ein Parameter ist aus der Gruppe: • ein simulierter Blutfluss in einem Aneurysma, • durch den Blutfluss auftretende Scherkräfte, • die Blutflussgeschwindigkeit, • ein Druck in einem Aneurysma, • eine die Gefäßwand betreffende Spannung, • eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie • eine Flussrate.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the hemodynamically derived parameters according to step S6) and / or step S8) at least one parameter is selected from the group: A simulated blood flow in an aneurysm, Shear forces due to blood flow, The blood flow velocity, • pressure in an aneurysm, A tension affecting the vessel wall, • a shear stress affecting the vessel wall as well • a flow rate.
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